Schnell & umfassend: Erste Version des Potsdamer Erdmodells POEM einsatzbereit

 
01.07.2021 - Eine erste Version des Potsdamer Erdmodells POEM ist einsatzbereit. Anders als klassische globale Klimamodelle ist POEM - entwickelt von Forschenden des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) - ein schnelles und vielseitiges Erdsystemmodell, das es erlaubt, eine Vielzahl wichtiger biosphärischer Prozesse zu erfassen. In einer ersten Anwendung im Rahmen von POEM untersuchten die PIK-Forschende den möglichen Kipp-Punkt des Amazonaswaldes unter starkem Klimawandel.
Schnell & umfassend: Erste Version des Potsdamer Erdmodells POEM einsatzbereit
Integration von hausinternen Modellen in ein schnelles, umfassendes Erdsystemmodell. 3D-Grafiken von Boris Sakschewski.

In einer neuen Studie, die in der Zeitschrift Geoscientific Model Development veröffentlicht wurde, koppelten PIK-Forschende aus der Forschungsabteilung 'Erdsystemanalyse' das hochmoderne dynamische globale Vegetationsmodell LPJmL5 an das vom GFDL entwickelte gekoppelte Klimamodell (CM2Mc-LPJmL v.1.0). Mehrere Verbesserungen an LPJmL5 wurden implementiert, um eine voll funktionsfähige biophysikalische Kopplung zu ermöglichen. Das neue Erdmodell ist in der Lage, wichtige biosphärische Prozesse zu erfassen, darunter Feuer, Mortalität, Permafrost, hydrologische Kreisläufe und die Auswirkungen von bewirtschafteten Flächen (Pflanzenwachstum und Bewässerung).

Mit Hilfe einer flexiblen Kopplungssoftware hat das POEM-Team auch das Eisschildmodell PISM erfolgreich mit dem Ozeanmodell MOM gekoppelt und damit ein nützliches Werkzeug geschaffen, um die Wechselwirkungen zwischen dem antarktischen Eisschild und dem globalen Ozean über Jahrhunderte bis Jahrtausende zu analysieren. Beide Kopplungserfolge tragen dazu bei, POEM weiter voranzubringen und multidimensionale Veränderungen des Erdsystems im Anthropozän zu analysieren, einschließlich der Wechselwirkungen zwischen den planetarischen Grenzen.

Erste Anwendung von POEM: möglicher Kipp-Punkt des Amazonas

CM2Mc-LPJmL ist nun fertiggestellt und veröffentlicht, was neue Möglichkeiten zur Untersuchung wichtiger biophysikalischer Vegetations-Klima-Rückkopplungen eröffnet. In einer ersten Anwendung konnte das Team eine potentiell gefährliche Pfadgabelung für tropische Wälder unter starkem Klimawandel finden. Tropische Regenwälder könnten durch veränderte Feuer und biophysikalische Rückkopplungen mit dem Klima nachteilige Übergänge erfahren. Bei der Betrachtung der klimainduzierten Hysterese stellt sich die Frage nach den Auswirkungen fortgesetzter tropischer Entwaldung auf die zunehmende Feuergefahr, die tropische Regenwälder zusätzlich destabilisieren könnte, und nach möglichen Anpassungseffekten, wie z.B. eine verbesserte Wassernutzungseffizienz unter steigendem CO2.

Diese Arbeit ist ein Beitrag zum Planetare Grenzen Simulator, der derzeit von der Volkswagen-Stiftung gefördert wird.

References:

Drüke, M., von Bloh, W., Petri, S., Sakschewski, B., Schaphoff, S., Forkel, M., Huiskamp, W., Feulner, G., and Thonicke, K.: CM2Mc-LPJmL v1.0: biophysical coupling of a process-based dynamic vegetation model with managed land to a general circulation model, Geosci. Model Dev., 14, 4117–4141, https://doi.org/10.5194/gmd-14-4117-2021, 2021.

Kreuzer, M., Reese, R., Huiskamp, W. N., Petri, S., Albrecht, T., Feulner, G., and Winkelmann, R.: Coupling framework (1.0) for the PISM (1.1.4) ice sheet model and the MOM5 (5.1.0) ocean model via the PICO ice shelf cavity model in an Antarctic domain, Geosci. Model Dev., 14, 3697–3714, https://doi.org/10.5194/gmd-14-3697-2021, 2021.

Drüke, M., von Bloh, W.., Sakschewski, B. Wunderling, N., Petri, S., Cardoso, M., Barbosa, H. M. J. & Thonicke, K.: Climate-induced hysteresis of the tropical forest in a fire-enabled Earth system model. Eur. Phys. J. Spec. Top. https://doi.org/10.1140/epjs/s11734-021-00157-2, 2021.

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